Les biomatériaux ostéoconducteurs

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Irène Thibodeau
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1 DESC de Chirurgie Pédiatrique Session de mars PARIS Les biomatériaux ostéoconducteurs P MARY

2 Caractérisation risation chimique de l'os Fraction minérale = 63 % du tissu osseux Fraction organique = Collagène de type I (95 %) + d autres d protéines (BMPs( BMPs) Apatite biologique Ca 8,3 1,7 PO4 5.3 (HPO4, CO3) 0,7 (OH, CO3) 1,3 0,7 - Ca/P = 1,61 - non stoechiométrique trique (lacunaire)

protéines (BMPs( BMPs) Apatite biologique Ca 8,3 1,7 PO4 5.

3 Ostéogen ogenèse Chondrogenèse Ostéoblaste DXM Acide Ascorbique Beta-GP CSM DXM 10-7 M TGFb1 Chondrocyte Fibrogenèse Ténocyte Adipocyte DXM Insuline Indomethacine Isobutyl-methylxanthine 5-azacytidine Adipogenèse Myogenèse Myotube Pittenger, Science, 1999, 284 (5411)

Adipocyte DXM Insuline Indomethacine Isobutyl-methylxanthine

4 Ostéoconduction Propriété passive à recevoir la repousse osseuse de l hôte par invasion vasculaire et cellulaire à partir du tissu osseux receveur au contact du matériau (SOFROT) Nécessite un contact étroit avec l os receveur!

à partir du tissu osseux receveur au contact du matériau

5 Mécanisme général Particules ostéoconductrices Formation d os à la surface des particules Appositions sur l os néoformé Dans le même temps : dégradation progressive du biomatériau

6 Substituts osseux Origine Humaine Origine animale Origine synthétique 85% 5% 10% autogreffe allogreffe Xenogreffe (bovin) Corail CaP Ceramique Bioverre Ciments CaP Grafton Dynagraft Lubboc Isobone 2 Endobon Pyrost Biocoral Pro-Osteon Biosel Triosite TCH Eurocer Bioglass Eurobone Norian Biobon/aBsm Bonesourse D après P. Lersch Etc Cementek

Grafton Dynagraft Lubboc Isobone 2 Endobon Pyrost Biocoral Pro-Osteon Biosel

7 Ostéoconducteur = Bio-activité promouvoir des réactions r spécifiques à l'interface implant-tissu tissu receveur Sont exclus : Les matériaux bio-inertes Céramiques denses Dérivés du ciment acrylique Matériaux métalliques Les autogreffes les allogreffes

exclus : Les matériaux bio-inertes Céramiques denses Dérivés

8 Les ostéoconducteurs essentiels Les céramiques phospho-calciques, CPC Les bioverres Le corail Les ciments ioniques ou hydrauliques, le plâtre de Paris! (implantations 1892)

9 Ostéconduction Ost Ostéconduction conduction Ptés mécaniques Primaires Pt Ptés mécaniques caniques Primaires Primaires Ciment PCa Ciment Ciment PCa PCa HAp poreux HAp HAp poreux poreux PLA/PGA PLA/PGA PLA/PGA btcp btcp btcp Corail Corail Corail Collagene Collagene Collagene Allogreffe corticale Allogreffe Allogreffe corticale corticale Bioverre Bioverre Bioverre Xénogreffe spongieuse céramisée Xénogreffe nogreffe spongieuse spongieuse céramis ramisée Allogreffe spongieuse Allogreffe Allogreffe spongieuse spongieuse PMMA PMMA PMMA

Collagene Collagene Allogreffe corticale Allogreffe Allogreffe corticale corticale Bioverre Bioverre Bioverre Xénogreffe spongieuse

10 Comment caractériser-différencier Son type un Ostéoconducteur? Ses capacités ostéoconductrices Son délai de résorption Ses qualités mécaniques

11 Céramiques phospho-calciques : Composition Ca/P DCPD (brushite) OCP TCP HA CPC biphasées 1 1,33 1,5 1,67 60% HA 40% TCP Biosorb Calciresorb Cerapatite Ossatite Triosite Cérapatite 65 BCP

12 Céramiques phosphocalciques propriétés s mécaniquesm Matériaux fragiles et peu résistantsr Résistance en flexion moyenne Résistance en compression variable MPa pour les matériaux poreux MPa pour les matériaux denses Chiffres variables d'un fabricant à l'autre, pour des céramiques c tout à fait comparables! BCP (2-3 MPa), Triosite (>10 MPa), Cerapatite 65 (25-30 MPa)

poreux - 20-30 MPa pour les matériaux denses Chiffres variables d'un fabricant à l'autre, pour

13 Paramètres influençant l ostéoconductivité des céramiques Interactions entre le matériau et l environnementl Facteurs du matériau Forme: épaisseur - granulométrie Structure: porosité Composition, proportion HA/TCP Facteurs / environnement Mécaniques Biologiques

matériau Forme: épaisseur - granulométrie Structure: porosité

14 Macroporosité Entre 100µ et 200µ > 60% de macroporosité résistance mécanique trop faible Cellules - angiogénèse - résorption Microporosité < 10μ ( < 5μ? ) Essentielle pour la diffusion fluides biologiques et la dissolution. donc OC! Echanges ioniques (Ca - PO4)

15 Porosité d Interconnexion Taille des interconnexions : passage C surface vers profondeur Paramètre crucial 40μ? 15μ -30μ?

16 Influence de la Composition céramique HA/TCP Deux phases solubles = dégradable in vivo Solubilité TCP > HA % en TCP élevé : meilleure réactivité avec os (OC) HA: mécanique + Proportion variable selon les substitut commercialisés / Cahier des charges OC ou Prop. Mécaniques? Cristallinité / vitesse dégradation Caractéristiques de surface Rugosité, nature chimique cytotoxicité, adhésion c, recrutement, prolifération

substitut commercialisés / Cahier des charges OC ou Prop. Mécaniques?

17 Paramètres influençant l ostéoconductivité des céramiques Facteurs / environnement Mécaniques Intégration = Stabilité Biologiques Intrinsèques: vasc, richesse moelle CSM, type os Technique de pose: avivement, position, contact avec os

Stabilité Biologiques Intrinsèques: vasc, richesse moelle

18 Corail types, 97% Carbonate de calcium Porosité variable (20 à 50 %), macroporosité µ Propriétés mécaniques intéressantes (30 à 300 MPa) Utilisé chez l'homme depuis 1972 Fractures du calcanéum, du plateau tibial, arthrodèse du rachis... Os néoformé de qualité médiocre

à 300 MPa) Utilisé chez l'homme depuis 1972 Fractures du calcanéum, du

19 Bioverres Hench, 1970 A base d'oxyde de silice Formation à sa surface d'une couche d'ha carbonatée identique à la phase minérale de l'os Exemples : Bioglass Ceravital A/W vitrocéramique ramique

20 Bioverres Excellent OC Propriétés s mécaniques m en flexion médiocres m (ne pas utiliser sous forme massive dans les zones sollicitées) Applications : butée e d'épaule, comblement Regain d'intérêt dans le traitement de surface

dans les zones sollicitées) Applications : butée e

21 Céramiques PC injectables Ciments hydrauliques - Mélange extemporané d'un sel de calcium et d'un acide phosphorique - Obtention d'une pâte qui durcit en mn - Macroporosité nulle Céramiques injectables - Obtention par adjonction d'un polymère - Groupements chimiques sensibles au ph - Durcissement en 10 mn Calcibon

22 Les ciments phospho Avantage calciques Avantages Pas de risques immunologiques Biocompatible Ostéointégration et «remplacement par de l os néoformé» Technique «mini-invasive» Radio-opaque D après P. Lersch

23 Les ciments phospho calciques Précautions Précautions d emploi d utilisation Contre-indiqué dans les cas de contraintes mécaniques sans ostéosynthèse Implanter dans une cavité préférentiellement asséchée et en contact direct avec le tissu osseux vivant Vérifier que le ciment a durci avant de refermer le site

24 Applications en orthopédie pédiatrique

25 Comblement d un kyste par ciment hydraulique Dossier A. Eid

26 Comblent d un kyste par CPC 4 ans Deuxième fracture sur Kyste anévrysmal

27 1 mois post-opératoire

28 6 mois post-opératoire

29 Ostéotomie de valgisation 4 mois

30 Camille, 12 ans Amyotrophie spinale de type 2

32 Rachis Myopathe et Amyotrophie spinale infantile Utilisation de CPC Plus de 50 cas : myopathes et ASI Pas d augmentation du taux d infection Pas de complications mécaniques supplémentaires Fusion +

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